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怎樣提高地方本科院校結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)論文
結(jié)構(gòu)化學(xué)是高等學(xué)�；瘜W(xué)化工等相關(guān)本科專(zhuān)業(yè)一門(mén)必修專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，是化學(xué)類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)5大基礎(chǔ)課程之一。結(jié)構(gòu)化學(xué)是為高年級(jí)的本科生開(kāi)設(shè)，是建立在學(xué)生學(xué)習(xí)了其他四門(mén)化學(xué)基礎(chǔ)課程(即無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué))的基礎(chǔ)之上。通過(guò)結(jié)構(gòu)化學(xué)的學(xué)習(xí)使學(xué)生初步建立微觀(guān)結(jié)構(gòu)概念，加深對(duì)先前學(xué)習(xí)四門(mén)基礎(chǔ)課程的認(rèn)識(shí)和理解，能夠從原子—分子水平上認(rèn)識(shí)到物質(zhì)分子構(gòu)型與組成的相互關(guān)系以及結(jié)構(gòu)和各種運(yùn)動(dòng)的相互影響，能夠進(jìn)一步理解物質(zhì)的微觀(guān)結(jié)構(gòu)與其宏觀(guān)性能的相互關(guān)系。
對(duì)于地方本科院校結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)遇到的問(wèn)題主要有如下三個(gè)方面：
(1)結(jié)構(gòu)化學(xué)的內(nèi)容涉及到較多的高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理知識(shí)，而地方本科院校學(xué)生在高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理等方面知識(shí)比較差，在學(xué)習(xí)中總處于一種被動(dòng)和畏難的狀態(tài)。
(2)地方本科院校學(xué)生生源素質(zhì)相對(duì)較差，缺乏嚴(yán)密的邏輯思維能力和較好的想象空間能力，而這些能力確確是學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)所必需的。
(3)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)不夠重視，存在誤區(qū)，大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為學(xué)好其他四大基礎(chǔ)課程(即無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué))就能掌握大學(xué)化學(xué)知識(shí)，能夠適應(yīng)今后涉及到化學(xué)化工等相關(guān)領(lǐng)域的工作或碩士研究生考試，所以，學(xué)習(xí)缺乏動(dòng)力和興趣。
本文針對(duì)地方本科院校結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)中遇到的困難，從如下三個(gè)方面介紹自己在提高地方本科院校結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)質(zhì)量的教改探索中的經(jīng)驗(yàn)。
1消除學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)的學(xué)習(xí)“無(wú)用論”誤區(qū)及畏難的心理
學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)習(xí)是否感興趣及今后是否具有持續(xù)學(xué)習(xí)動(dòng)力，作為教師對(duì)上好第一堂結(jié)構(gòu)化學(xué)課是很重要的一環(huán)。通過(guò)第一堂課的教學(xué)使學(xué)生了解結(jié)構(gòu)化學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法，認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)化學(xué)的重要性，消除學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)的學(xué)習(xí)“無(wú)用論”及畏難的心理，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和信心，將起到極其重要的作用。
結(jié)構(gòu)化學(xué)對(duì)高年級(jí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，應(yīng)該已不是很陌生的一門(mén)學(xué)科，他們?cè)跓o(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)就初步學(xué)習(xí)過(guò)原子結(jié)構(gòu)和波函數(shù)，化學(xué)價(jià)鍵理論和分子對(duì)稱(chēng)性，但之前學(xué)習(xí)的相關(guān)知識(shí)都比較淺顯和相對(duì)較為零散，深度不夠，理論性不強(qiáng)，沒(méi)有形成系統(tǒng)的、完整的結(jié)構(gòu)化學(xué)理論知識(shí)。從無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)已有初步的認(rèn)識(shí)，已初步意識(shí)到物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定其性能，性能反映結(jié)構(gòu)這相互關(guān)系。我們可以通過(guò)先前學(xué)習(xí)過(guò)的無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等課程中物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論與物質(zhì)性質(zhì)關(guān)系的學(xué)習(xí)，逐步拓展講明結(jié)構(gòu)化學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容及其重要性。對(duì)高年級(jí)的結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)習(xí)，是較為系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，是以量子理論、化學(xué)鍵理論和點(diǎn)陣?yán)碚摓榛A(chǔ)，從微觀(guān)的角度研究原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系;從電子結(jié)構(gòu)(描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波函數(shù)和電子的基態(tài)排布或能帶結(jié)構(gòu))和空間結(jié)構(gòu)(分子和晶體在空間的排布)兩個(gè)方面闡明化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用。通過(guò)先前學(xué)習(xí)的無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)等涉及到結(jié)構(gòu)化學(xué)相關(guān)的理論，使學(xué)生明確結(jié)構(gòu)是化學(xué)各學(xué)科的理論基礎(chǔ)，已滲透到現(xiàn)代化學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，為化學(xué)各學(xué)科提供理論指導(dǎo)，在化學(xué)類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)5大基礎(chǔ)課程占有重要的地位。如在無(wú)機(jī)化學(xué)中，要理解元素的性質(zhì)、分子性質(zhì)分別要用到原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)相關(guān)的知識(shí)，要理解配位化合物的性質(zhì)要用到配位化合物的價(jià)鍵理論和晶體場(chǎng)理論;如有機(jī)化學(xué)中運(yùn)用雜化軌道理論和分子軌道理論說(shuō)明有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)，前線(xiàn)軌道理論解釋化學(xué)反應(yīng)機(jī)理等;如儀器分析中紅外光譜中的簡(jiǎn)正振動(dòng)、紫外光譜中的電子躍遷等，都離不開(kāi)結(jié)構(gòu)化學(xué)的知識(shí)。
關(guān)于學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)的方法，首先學(xué)會(huì)正確處理“結(jié)構(gòu)—數(shù)學(xué)”關(guān)系。在結(jié)構(gòu)化學(xué)中常涉及許多數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)的內(nèi)容，對(duì)地方本科院校的學(xué)生，高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較薄弱，碰到繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)時(shí)，往往產(chǎn)生畏懼心理。對(duì)數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)處理時(shí)，要使學(xué)生明白數(shù)學(xué)只是手段和方法，目的使得到結(jié)論以及結(jié)論的物理意義，了解來(lái)源。我們不是要去死記硬背這些公式，而是要學(xué)會(huì)這些數(shù)理公式的推導(dǎo)的基本思路，理解這些定理、公式和方法。其次，對(duì)于典型的分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)，借助實(shí)物模型和計(jì)算機(jī)三維模型，通過(guò)多看多思考尋找特點(diǎn)和規(guī)律，提高空間結(jié)構(gòu)的想象能力。最后，學(xué)會(huì)用電子結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)這兩方面闡明化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用，把握“結(jié)構(gòu)決定性能，性能反映結(jié)構(gòu)”的原則。
2由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由淺入深循序漸進(jìn)地進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)
結(jié)構(gòu)化學(xué)是一門(mén)邏輯性很強(qiáng)的學(xué)科，作為教師應(yīng)熟讀教材內(nèi)容，把握好教材內(nèi)容的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)以及一個(gè)概念或一個(gè)新的理論發(fā)展過(guò)程。對(duì)學(xué)生講授新課內(nèi)容時(shí)，不能一下子進(jìn)入比較深?yuàn)W的理論學(xué)習(xí)，這學(xué)生一下子很難接受，同時(shí)也產(chǎn)生畏懼和厭學(xué)的心理，覺(jué)得結(jié)構(gòu)化學(xué)一些基本的概念和原理像是從天上掉下來(lái)一樣。
因此，在教學(xué)內(nèi)容安排上，盡可能做到由簡(jiǎn)到繁，由淺入深次序進(jìn)行，應(yīng)力求符合作為一個(gè)初學(xué)者的認(rèn)識(shí)過(guò)程。以原子結(jié)構(gòu)為例，人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)由Rutherford提出的“行星繞太陽(yáng)”的原子結(jié)構(gòu)模型，到Bohr原子結(jié)構(gòu)模型，再到用量子力學(xué)的原理和方法處理的原子結(jié)構(gòu)，經(jīng)歷了一個(gè)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由淺入深的過(guò)程，從而逐漸接近對(duì)原子結(jié)構(gòu)的正確的認(rèn)識(shí)。在教學(xué)上我們可以對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)分為低、中、高等三個(gè)層次，引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生從一個(gè)初學(xué)者的認(rèn)識(shí)過(guò)程，逐步揭開(kāi)原子結(jié)構(gòu)真正的面紗。低層次認(rèn)識(shí)，Rutherford提出的“行星繞太陽(yáng)”的原子結(jié)構(gòu)模型，在這模型結(jié)構(gòu)中，不能解釋當(dāng)時(shí)物理實(shí)驗(yàn)得出氫原子光譜經(jīng)驗(yàn)公式，此模型有很大缺陷。中層次的認(rèn)識(shí)，Bohr在綜合Planck的量子、Einstein的光子學(xué)說(shuō)和Rutherford的原子結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上，提出了Bohr原子結(jié)構(gòu)模型，成功解釋了氫原子光譜;但因?yàn)楫?dāng)時(shí)舊量子理論并沒(méi)有意識(shí)到原子、電子等實(shí)物微觀(guān)粒子的波粒二象性，Bohr原子結(jié)構(gòu)模型沒(méi)有涉及微觀(guān)粒子的波動(dòng)性，不能正確表達(dá)原子的結(jié)構(gòu)，因而應(yīng)用到多電子原子時(shí)，即使有兩個(gè)電子的氦原子，也無(wú)法解釋其光譜現(xiàn)象，此模型有缺點(diǎn)。高層次的認(rèn)識(shí)，用量子力學(xué)的原理和方法處理的原子結(jié)構(gòu)，先從簡(jiǎn)單的單電子原子的結(jié)構(gòu)入手，再由處理單電子結(jié)構(gòu)發(fā)展起來(lái)的思想處理多電子原子的結(jié)構(gòu)。
用量子力學(xué)處理原子結(jié)構(gòu)問(wèn)題時(shí)，首先確定微觀(guān)體系的勢(shì)能函數(shù)和能量算符，寫(xiě)出薛定諤方程，然后利用高等數(shù)學(xué)知識(shí)求解薛定諤方程，等到滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)化條件的合理解，從而得到描述原子中電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的量子數(shù)、能量和波函數(shù)以及描述多電子原子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原子量子數(shù)，從而成功解釋原子光譜現(xiàn)象。
3注重對(duì)量子化學(xué)科學(xué)家及其思想方法的介紹
學(xué)習(xí)一門(mén)學(xué)科的知識(shí)要善于從這門(mén)學(xué)科的歷史尋找借鑒，因?yàn)槿魏我婚T(mén)學(xué)科都有其發(fā)生和發(fā)展的一個(gè)過(guò)程，這樣就不容易把這門(mén)學(xué)科知識(shí)當(dāng)成是“終極真理”而死記硬背其公式、定理。地方本科院校學(xué)生素質(zhì)相對(duì)較差，邏輯思維能力和想象空間能力都比較欠缺。而20世紀(jì)創(chuàng)建量子力學(xué)的都是一批極富有創(chuàng)新才華的青年科學(xué)家。我們通過(guò)向地方本科院校學(xué)生介紹這些偉大科學(xué)家的科學(xué)生涯和思維方法，不僅有助于理解量子力學(xué)的基本概念，而且能啟迪其思維，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。如介紹普朗克及其量子論的提出，普朗克研究黑體輻射現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)維恩公式適用于短波，而瑞利公式適用于長(zhǎng)波。為了能得到一個(gè)合理解釋各個(gè)波段黑體輻射現(xiàn)象，他綜合維恩公式和瑞利公式，毫無(wú)根據(jù)引入一個(gè)指數(shù)因子，拼湊了一個(gè)新的公式。這新的公式雖然與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合，但它沒(méi)有理論依據(jù)，并沒(méi)有得到廣泛的認(rèn)可，被當(dāng)時(shí)科學(xué)家認(rèn)為是“純粹是一些不相關(guān)的量的偶然結(jié)合”，“杜撰出來(lái)的大雜燴”。但普朗克面對(duì)這些質(zhì)疑，以“必須不惜一切代價(jià)，找到合理解釋”的決心和無(wú)比的毅力建立了又推翻了一個(gè)又一個(gè)理論模式。在一次又一次失敗之后，他發(fā)現(xiàn)經(jīng)典物理學(xué)理論中能量連續(xù)變化的概念和他的公式是格格不入的，也推導(dǎo)正確公式的障礙。于是他果斷地拋棄傳統(tǒng)的能量均分原理，大膽提出了具有革命性的完全背離經(jīng)典理論的量子假設(shè)。從而得到涵蓋了維恩公式和瑞利公式的更有普遍性的普朗克公式。普朗克量子假設(shè)的提出，從揭開(kāi)量子力學(xué)的序幕，標(biāo)志著量子理論的誕生。通過(guò)對(duì)普朗克及其量子論的提出的介紹，將能使學(xué)生學(xué)習(xí)和了解到綜合研究法，普朗克就是綜合了維恩、瑞利和他自己的正確研究成果，從而得到新的觀(guān)念，推動(dòng)了物理學(xué)的革命;同時(shí)，也激勵(lì)學(xué)生在理論不能說(shuō)明事實(shí)時(shí)，要敢于沖破舊觀(guān)念和傳統(tǒng)理論的束縛，大膽提出新的理論，不能生搬硬套舊理論。
4結(jié)語(yǔ)
對(duì)地方本科院校學(xué)生的結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)，首先要學(xué)生認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)化學(xué)的重要性，明確結(jié)構(gòu)化學(xué)課程內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)興趣，掌握結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)習(xí)的方法，克服畏難心理。其次是作為教師應(yīng)熟讀教材內(nèi)容，把握好教材內(nèi)容的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)以及一個(gè)概念或一個(gè)新的理論發(fā)展過(guò)程;在教學(xué)上，盡量做到由簡(jiǎn)到復(fù)雜，由淺入深次序進(jìn)行，應(yīng)力求符合作為一個(gè)初學(xué)者的認(rèn)識(shí)過(guò)程。最后，注重對(duì)量子化學(xué)科學(xué)家及其思想方法的介紹，啟迪學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。
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